KR20130137417A

KR20130137417A - 개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복

Info

Publication number: KR20130137417A
Application number: KR1020120061008A
Authority: KR
Inventors: 장성호; 김태성; 이현수; 김선아
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단; 장성호
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-17
Also published as: KR101344033B1

Abstract

본 발명은 개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복에 관한 것으로, 특히 주변 온도가 높은 날에는 시원한 느낌이 들 수 있도록 함과 더불어 주변 온도가 낮은 날에는 따뜻한 느낌이 들 수 있도록 개인용 의복에 부착되어 착용자의 체온을 효과적으로 유지시킬 수 있는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복에 관한 것이다.

Description

개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복{Heating and Cooling System for Personal Clothing Microclimate and the Clothing using the same}

및 그 반대측 면에 장착되면서 피부측으로 노출되는 면에는 소정 크기를 가지는 장착 공간이 형성된 제2히트싱크; 상기 덕트 내의 제1흡입구에 장착됨과 더불어 그 내측면은 상기 덕트 내의 제1히트싱크에 장착되어 공기 흡입력을 발생하는 제1방열팬; 상기 제2히트싱크의 장착 공간 내에 구비되어 공기 송풍력을 제공하는 제2방열팬; 그리고, 상기 열전모듈 및 상기 각 방열팬으로 전원를 공급하는 전원공급부:가 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 기능성 의복이 개발되어 있다.

뿐만 아니라, 의복의 내측에 다수의 상변환 물질(PCM;Phase Change Material)이 내장된 내장팩이 부착됨으로써 여름철 혹은, 겨울철에 상기 부착부가 인체에 접촉되도록 하여 시원하거나 따뜻함을 느끼게 한 의복도 개발되었다.

그러나, 상기 특허기술들에 의한 기능성 의복은 별도의 냉각팬을 갖추어야 하므로 구성이 복잡하고, 전체적인 의복에 냉난방 효과를 가지기 위해서는 연전소자를 다수 부착하여야 하는 경제적인 문제점이 있고, 상변환 물질은 상변환이 이루어지는 시간상의 제약으로 인해 장기적으로 사용할 수 없었던 문제점을 가지고 있다. 즉, 상기 상변환 물질은 냉동시키거나 가열시킨 상태에서 그 사용이 이루어지기 때문에 시간이 지나면 지날수록 점차 그 성능이 떨어질 수 밖에 없었던 것이다.

또한, 종래 상변환 물질을 가지는 의복은 내장팩이 인체에 직접 접촉되기 때문에 접촉면의 습도 증가로 인해 사용자의 불쾌감을 야기할 수 있다는 문제점도 가진다. 특히, 상변환 물질이 내장된 내장팩은 인체의 국부적인 부위만을 시원하게 하거나 따뜻하게 하였기 때문에 사용자의 불쾌감은 더욱 증가될 수 밖에 없고, 외부 환경온도가 매우 높거나 낮을 경우 조절능력의 한계가 있으며 시스템무게 과다로 인한 활동에 제약이 있는 문제가 있다.

이에 따라, 화생방 오염 지역과 같은 위험환경에서는 병사와 주위환경과의 순환을 차단하여 접촉을 방지하고, 온습도를 제어하여 전투력을 증대시킬 필요가 있고, 민수용으로도 소방활동과 같은 극한 환경에서 인체보호기능 뿐만 아니라 온습도가 유지된 보호의를 착용함으로써 소방관의 신체를 보호하고 소방 및 구호시간을 연장시킬 필요가 있으므로 극한 극서기에 병사의 스트레스 감소에 의한 작전능력 증대뿐만 아니라, 민수용 극한 환경 작업자의 작업능력 향상을 위한 고효율, 경량일 뿐만 아니라 편의성이 향상된 개인용 일반적으로, 의복은 주변 환경으로부터 신체를 보호하고자 하는데 그 주기능을 가진다. 하지만, 현재에는 상기 의복이 전술한 신체의 보호 기능 이외에도 외관을 중시한 패션 기능을 가지는 의복이 요구되고 있을 뿐 아니라, 실용적인 기능도 부가된 다양한 형태의 의복이 요구되고 있다.

최근, 야외 작업종사자나 등산가, 낚시꾼을 대상으로 추위나 더위와 같은 외부환경에 대하여 신체의 체온을 정상적으로 유지할 수 있도록 한 항온의복이 출시되고 있다. 또한, 체온조절 기능이 저하된 노인이나 장애인, 중환자들은 수술을 받거나 얇은 환의 만으로 병실에서 장시간 지내야 하는 경우 개개인의 상태에 적합한 체온유지 및 보정이 필요하다. 특히 수술직후의 환자는 수술로 인한 스트레스와 혈액의 손실, 장시간 동안 신체 내부의 장기가 외기에 노출되어 떨림증이나 저산소증과 같은 현상을 발생시킬 수 있어 체온조절에 각별히 신경을 써야 한다.

이에따라, 병원에서는 수술 직후의 환자들의 체온저하를 막기 위하여 온수를 매트리스 속으로 순환시키는 장치인 체온유지 시스템(hypothermic control system)을 사용하고 있기는 하나, 상기한 장비는 세탁기 크기의 본체와 연결되어 작동되므로 넓은 설치 면적을 차지하게 되며, 매트리스에 누워 있는 상태에서만 효과가 나타나므로 사용자의 행동반경을 제약할 뿐만 아니라, 굉장히 고가이기 때문에 대부분의 병원에 널리 보급되어 있지는 못한 실정이다.

따라서, 최근에는 방열 또는 방한 기능을 갖는 항온의복을 노인이나 장애인, 중환자들을 위한 의료용 의복으로 적용하고자 하고 있으나, 기존에 출시된 항온의복들은 대부분이 방열 또는 방한 한 가지 기능만 수행하도록 되어 있어 의료용으로 적용하기에는 많은 문제점이 있었다.

이에 방한과 방열이 사용자의 선택에 의해 이루어질 수 있도록 된 의복들이 소개된 바 있다. 일 예로, 대한민국 실용신안출원번호 제2001-23197호에서는 의복 내측부에 방수가 확보되는 다수의 물충진 공간부를 구비하고, 상기 물충진 공간부상에 온열수 및 냉동수를 선택적으로 충진할 수 있도록 한 의복이 소개된 바 있다.

그러나, 상기한 의복은 그 사용대상이 야외 종사자나 등산가, 낚시꾼을 위한 것으로서, 사용자가 기후변화에 따라 온열수와 냉열수를 직접 선택하여 충진해야 하며, 그 중량이 무거워 체력이 약한 사람이나 환자들, 특히 자발적 행동능력이 떨어지는 중환자나 장애인들이 착용하기에는 어려움이 있어 의료용으로 적용하기에는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 특허 출원번호 제1999-7219호에서는 전기전도성 고분자 물질을 섬유상에 도포하여 환자의 체온을 유지할 수 있는 발열포를 제조하는 방법과, 상기한 발열포를 휴대용 전지와 함께 사용하여 40 ~ 45℃까지 신속하게 온도를 올릴 수 있도록 함과 동시에 45℃이상이 되면 제어가 가능한 온도센서 및 제어시스템을 부착시켜 적합한 온도를 유지할 수 있도록 한 환자의 체온유지방법을 소개한 바 있다.

그러나, 상기한 발열포를 이용한 체온조절은 단지 신속하게 발열만 이루어질 뿐 냉방의 기능은 갖춰지지 못하여 땀 배출이 어렵고, 사용자마다 느끼는 최적온도가 다름에도 불구하고 설정온도의 변경이 용이하지 않으며, 상기한 온도의 변경 폭 또한 좁을 뿐만 아니라 갑작스러운 발열포의 온도상승으로 인해 온도에 민감한 환자나 노인에게 좋지 않은 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있었다.

한편, 인체는 활동양에 따라 105~642wats(체중 70kg 기준)의 열량이 방출될 수 있으며 체열 방출 없이 연속 행동이 불가능하고, 인간은 외부 환경(온도, 습도 등)에 따라 스트레스가 변화하므로 이에 따른 집중력, 전투력, 내구력의 차이가 나타난다.

군사적인 작전을 수행하기 위하여 병사가 혹서 및 혹한 지역에서 전투복을 착용하거나, 생화학무기로부터의 보호를 위한 화생방 보호 피복을 착용하거나, 각종 전자장비가 부착된 전투복을 착용하는 경우 극도의 더위 또는 추위로 인하여 전투력이 저하되는 경우가 발생하고 있다. 또한, 화재진압을 위하여 소방관이 일반적인 의복에 비하여 두꺼운 소방복을 착용하거나, 국지적인 냉난방이 필요한 산업현장의 작업자가 작업복을 착용하는 경우에 고온 또는 저온으로 인하여 소방 진압, 작업 수행에 효율을 떨어뜨리는 경우도 발생하고 있다.

이에 따라 방한과 방열이 사용자의 선택에 의하여 이루어질 수 있도록 구성된 다양한 기능성 의복들이 소개된 바 있는데, 한국등록특허 10-0609077에는 의복(1) 내부의 주요부위에 부착되어 온도를 감지하는 센서부(10)와; 상기 센서부(10)에서 감지된 온도를 수신받아 설정된 데이타와 비교분석하여 필요로 하는 발열량 또는 흡열량을 계산하는 제어부(20)와; 상기 제어부(20)와 전기적으로 연결되고 의복(1)의 주요부위에 부착되어, 제어부(20)로 부터 계산된 발열량 또는 흡열량에 따라 발열 또는 냉각되는 열전모듈부(30);로 구성된 전자 열전모듈에 의한 지능형 항온의복에 있어서, 상기 열전모듈부(30)는 하단에 소정의 통공(32)이 다수개 형성되고 상단에는 소정의 장착수단이 구비된 케이스(31)와; 상기 케이스(31) 상단의 장착수단에 의해 탈부착가능하게 장착되는 열전모듈(33)과; 상기 케이스(31)와 열전모듈(33)의 외부면을 감싸고 있는 직물류의 보호커버(34);로 구성되며, 상기 보호커버(34)는 벨크로테잎(35)에 의해 연결되어 개폐가 가능함을 특징으로 하는 전자 열전모듈에 의한 지능형 항온의복이 개발된 바 있다.

또한, 한국등록특허 10-0609076에 의복(1) 내부의 주요부위에 부착되어 온도를 감지하는 센서부(10)와; 상기 센서부(10)에서 감지된 온도를 수신받아 설정된 데이타와 비교분석하여 필요로 하는 발열량 또는 흡열량을 계산하는 제어부(20)와; 상기 제어부(20)로부터 계산된 발열량 또는 흡열량에 따라 공기를 흡입하여 적정온도까지 가열 또는 냉각시키기 위하여, 소정량의 공기를 일정시간 수용한 다음 순차적으로 배출할 수 있는 본체(31)가 있고, 상기 본체(31)의 일측에는 외부의 공기를 유입하기 위한 흡입팬(32)이 구비되며, 본체(31)의 타측에는 내부에 수용된 공기를 소정의 압력을 갖고 외부로 배출하기 위한 분사구(33)가 형성되고, 본체(31) 내부에는 수용된 공기를 가온 또는 냉각하기 위한 가열기(34A) 및 냉각기(34B)가 설치되며, 본체(31) 일측에는 수용된 공기의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(35)가 부착된 구성을 갖는 냉온부(30)와; 상기 냉온부(30)에서 가열 또는 냉각된 공기를 의복(1) 내로 순환하기 위한 순환튜브(40);가 포함하는 공기대류방식에 의한 지능형 항온의복에 있어서, 상기 순환튜브(40)가 내부튜브(41)와 외부튜브(42)의 이중으로 구성되되, 상기 내부튜브(41)와 외부튜브(42)에 형성된 통공(43)이 서로 엇갈리도록 형성됨을 특징으로 하는 공기대류방식에 의한 지능형항온의복이 공지된바 있다.

또한, 한국등록특허 10-0519343에 의복의 외측부에 부착되며, 상기 의복에 부착되는 면과는 반대측 면에 적어도 하나 이상의 제1흡입구가 형성됨과 더불어 그 둘레측에는 적어도 하나 이상의 배출구가 형성된 덕트; 상기 덕트 내에 구비된 열전모듈; 상기 열전모듈의 양측면 중 상기 제1흡입구를 향하는 면에 장착된 제1히트싱크 의복 미기후 조절시스템의 개발이 절실히 필요한 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 병사가 다양한 작전 환경에 적응하여 전투 효율성을 증대시킬 수 있을 뿐 아니라, 소방관 또는 작업자가 극한 환경에서 작업을 수행할 수 있도록 한 상변환물질 및 열전소자를 구비하여 의복 내부의 온도를 원하는 범위로 유지시킬 수 있는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 센서부에서 실시간으로 측정된 온도에 따라 의복에 부착된 열전소자가 가열 또는 냉각이 이루어져 적정한 가열 또는 냉각이 수행될 수 있는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 작은 크기의 열전소자를 이용하여 온도제어가 이루어지기 때문에 기존 의복에 비하여 중량을 줄일 수 있는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치 및 이를 부착한 의복을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제의 해결을 위하여 의복 외면에 부착되어 발열 또는 냉각되는 열전소자부와; 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 전달받도록 상기 열전소자부와 마주보도록 의복 내면에 부착되는 상변환물질을 포함하는 상변환물질부와; 상기 의복 외면과 내면 사이에 형성되고 공기대류에 의하여 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 상기 상변환물질부로 전달하는 의복중간공기층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 열전소자부는 상기 의복 외면에 패치형 또는 밴드형으로 부착되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 상변환물질부는 상변화물질이 박막 내부에 충전 내장되는 박막형태로 의복 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 의복중간공기층은 3D 구조를 가진 오픈셀 형태의 패브릭층으로서 공기층을 유지하면서 탄성을 유지하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 의복중간공기층 일단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 높아 팽창될 경우 공기를 자연 배출하도록 형성된 내부역류방지 체크밸브가 형성되고, 타단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 낮아 수축될 경우 공기를 자연 흡입하도록 형성된 외부역류방지 체크밸브가 형성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 열전소자부에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부와; 의복 내피면에 부착되어 온도를 감지하는 센서부와; 상기 센서부에서 감지된 온도를 수신하여 필요한 발열량 또는 냉각량을 계산하고 전원공급부의 전원 공급량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 열전소자부의 열을 회수하여 상기 전원공급부에 전력을 공급하는 폐열 회수부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 폐열회수부는 상기 열전소자부에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 열전소자부 외면에 접하도록 형성된 방열판과; 상기 방열판으로부터 발생되는 열을 전류로 전환하는 열전대와; 상기 열전대에서 생성된 전류를 회수하는 전원공급단자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 열전대는 상기 방열판 평면상에 횡방향으로 복수로 등간격 배치되는 제1금속체와; 상기 제1금속체와 열전도가 다르며 상기 제1금속체와 종방향으로 교차하여 복수로 등간격 배치되는 제2금속체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

상기 전원공급단자는 상기 열전대에서 생성된 전류를 모아 상기 열전소자부의 전원공급부로 공급하되 상기 제1금속체와 상기 제2금속체 중에서 높은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되는 양극단자와; 상기 제1금속체와 상기 제2금속체 중에서 낮은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되는 음극단자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 개인용 의복 미기후 냉난방 장치가 장착된 의복을 과제의 해결수단으로 한다.

상술한 본 발명에 따른 개인용 의복 미기후 냉난방 장치는 센서부에서 실시간으로 측정된 온도에 따라 의복에 부착된 열전소자가 가열 또는 냉각이 이루어져 적정한 가열 또는 냉각이 수행될 수 있다.

또한, 작은 크기의 열전소자를 이용하여 온도제어가 이루어지기 때문에 기존 의복에 비하여 중량을 줄일 수 있으며, 열전소자와 직접적으로 신체가 접촉되지 않고 공기층 및 상변환물질을 통하여 온도가 유지되기 때문에 열전소자의 수명을 늘릴 수 있을 뿐 아니라, 상변환물질을 통하여 체온 유지에 적정한 온도를 맞출 수 있는 획기적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 의복에 패치형 또는 밴드형으로 구비되는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 개인용 의복 미기후 냉난방 장치의 체크밸브를 나타내는 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수부를 나타내는 도면

의복 외면에 부착되어 발열 또는 냉각되는 열전소자부와; 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 전달받도록 상기 열전소자부와 마주보도록 의복 내면에 부착되는 상변환물질을 포함하는 상변환물질부와; 상기 의복 외면과 내면 사이에 형성되고 공기대류에 의하여 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 상기 상변환물질부로 전달하는 의복중간공기층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 열전소자부는 상기 의복 외면에 패치형 또는 밴드형으로 부착되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 상변환물질부는 상변화물질이 박막 내부에 충전 내장되는 박막형태로 의복 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 의복중간공기층은 3D 구조를 가진 오픈셀 형태의 패브릭층으로서 공기층을 유지하면서 탄성을 유지하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 의복중간공기층 일단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 높아 팽창될 경우 공기를 자연 배출하도록 형성된 내부역류방지 체크밸브가 형성되고, 타단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 낮아 수축될 경우 공기를 자연 흡입하도록 형성된 외부역류방지 체크밸브가 형성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 열전소자부에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부와; 의복 내피면에 부착되어 온도를 감지하는 센서부와; 상기 센서부에서 감지된 온도를 수신하여 필요한 발열량 또는 냉각량을 계산하고 전원공급부의 전원 공급량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 열전소자부의 열을 회수하여 상기 전원공급부에 전력을 공급하는 폐열 회수부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 폐열회수부는 상기 열전소자부에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 열전소자부 외면에 접하도록 형성된 방열판과; 상기 방열판으로부터 발생되는 열을 전류로 전환하는 열전대와; 상기 열전대에서 생성된 전류를 회수하는 전원공급단자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 열전대는 상기 방열판 평면상에 횡방향으로 복수로 등간격 배치되는 제1금속체와; 상기 제1금속체와 열전도가 다르며 상기 제1금속체와 종방향으로 교차하여 복수로 등간격 배치되는 제2금속체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

상기 전원공급단자는 상기 열전대에서 생성된 전류를 모아 상기 열전소자부의 전원공급부로 공급하되 상기 제1금속체와 상기 제2금속체 중에서 높은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되는 양극단자와; 상기 제1금속체와 상기 제2금속체 중에서 낮은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되는 음극단자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 개인용 의복 미기후 냉난방 장치가 장착된 의복을 기술구성의 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 도면들에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 의복에 패치형 또는 밴드형으로 구비되는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 개인용 의복 미기후 냉난방 장치의 체크밸브를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수부를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 개인용 의복 미기후 냉난방 장치는 의복 외면에 부착되어 발열 또는 냉각되는 열전소자부(10)와; 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 전달받도록 상기 열전소자부와 마주보도록 의복 내면에 부착되는 상변환물질을 포함하는 상변환물질부(20)와; 상기 의복 외면과 내면 사이에 형성되고 공기대류에 의하여 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 상기 상변환물질부로 전달하는 의복중간공기층(30)을 포함하여 구성된다.

상기 열전소자부(10)는 전기저항의 온도 변화를 이용한 서미스터, 온도를 측정할 때 사용되는 제베크효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수 또는 발생이 생기는 현상인 펠티에효과를 이용한 펠티에 소자와 같은 열전소자가 사용된다.

이러한 열전소자(10)는 상대적으로 고가이므로 의복 전면에 부착할 수 없고 도 2에 도시한 바와 같이 상기 의복 외면에 패치형 또는 밴드형으로 부착하여 사용하며, 패치형으로 구비된 개인용 의복 미기후 냉난방 장치는 온도 조절이 필요한 가슴, 등, 배 부분에 하나 또는 그 이상으로 형성될 수 있고, 밴드형일 경우에는 그 폭을 조정하여 의복 둘레에 하나 이상 형성될 수 있다.

상기 열전소자부(10)는 열전소자에 의해 발열 또는 냉각된 온도가 피부에 직접적으로 접촉하는 것이 아니라, 의복중간공기층(30) 및 상변환물질부(20)를 거쳐서 온도가 유지된 상태로 피부에 접촉된다.

상변환물질부(20)는 상변환물질(PCM; Phase Change Materials)을 사용하는데, 상변화물질(PCM)은 주변온도가 높을 때에는 서서히 온도가 상승되도록 하고, 주변온도가 낮을 때에는 서서히 온도가 하강되도록 하여 주변온도가 높은 여름철 등에는 시원한 상태를 오랜 시간동안 유지할 수 있도록 하고, 주변온도가 낮은 겨울철 등에는 따뜻한 상태를 오랜 시간동안 유지할 수 있는 기능이 있는 것이다.

즉, 구체적으로, PCM은 일정한 온도가 되면 해당 온도범위에서 상변환물질이 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 저장하여 주변의 온도를 높이거나 낮출 수 있게 되는 것인 바, 여름철에 시원한 장소에서 더운 장소로 옮긴 경우 고체에서 액체로 상이 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 주변을 시원하게 할 수 있게 되며, 겨울철에 더운 장소에서 차가운 장소로 옮긴 경우 액체에서 고체로 상이 변화되면서 주변에 열을 방출하여 주변을 따뜻하게 할 수 있게 된다.

상기 상변환물질부는 상변화물질이 박막 내부에 충전 내장되는 박막형태로 의복 내면에 부착되어 사용된다.

상기 의복중간공기층(30)은 열전소자부(10)의 발열 또는 냉각 온도가 상변환물질부(20)와의 사이에서 유지될 수 있도록 대류현상이 발생되는데, 이 경우 대류현상이 원활하도록 상기 의복중간공기층(30)이 꺽이거나 변형되는 것을 방지하도록 상기 의복중간공기층은 다음 그림에 나타난 바와 같이, 3D 구조를 가진 오픈셀 형태의 패브릭층으로서 공기층을 유지하면서 탄성을 유지하는 특성을 가지는 것을 사용한다.

즉, 의복중간공기층(30)은 탄성 재질로 구성되며 3차원 형상에서 사각기둥, 육각기둥, 원기둥과 같은 형상을 갖는 구멍을 구비한다. 이러한 구멍은 셀 형상이 복수개가 구비된 오픈 셀로 형성된다. 그에 따라, 의복중간공기층(30)은 탄성을 가지면서 공기가 유통될 수 있도록 하여, 의복을 착용한 사용자가 움직임이 편해질 수 있도록 탄성을 부여한다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 의복중간공기층(30) 일단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 높아 팽창될 경우 공기를 자연 배출하도록 형성된 내부역류방지 체크밸브(201)가 형성되고, 타단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 낮아 수축될 경우 공기를 자연 흡입하도록 형성된 외부역류방지 체크밸브(202)가 형성되어 신속한 공기온도를 유지하게 한다.

또한 본 발명의 개인용 의복 미기후 냉난방 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 열전소자부(10)에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부(110)와; 의복 내피면에 부착되어 온도를 감지하는 센서부(120)와; 상기 센서부에서 감지된 온도를 수신하여 필요한 발열량 또는 냉각량을 계산하고 전원공급부의 전원 공급량을 제어하는 제어부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 전원공급부(110)은 충전이 가능한 배터리이면 사용상 제한이 없으며, 필요한 전원을 열전소자에 공급한다. 상기 센서부(120)는 의복의 내부에 온도를 감지할 수 있도록 앞가슴, 등, 허리, 가슴, 배와 같은 부분이 형성된 구간에 부착되어 온도를 감지한다. 센서부(120)에서 감지된 온도는 제어부(130)로 이송되며, 제어부(130)에서는 미리 입력된 데이터와 센서부(120)에서 측정된 온도를 비교하여 임무수행 상황별로 적정한 온도에 맞춰 필요로 하는 발열량과 흡열량을 계산하고 적정한 온도를 위한 전원공급을 제어한다.

또한, 도 4를 참조하면, 열전소자부(10)에는 열전소자부(10)의 열을 회수하여 전원공급부(110)에 공급하는 폐열 회수부(200)를 포함한다. 폐열 회수부(200)는 열전소자부(10)의 열을 방출하도록 형성된 방열판(210)과, 방열판(210)으로부터 발생하는 열을 전력으로 전환하는 열전대(220)와, 열전대(220)에서 생성된 열전류를 회수하는 전원공급단자(230)를 포함한다. 열전대(220)는 열전현상을 일으키는 열전소자로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 열전대(220)는 제베크효과를 응용한 열전소자가 사용되는데, 이는 서로 다른 금속 접합부의 온도차에 의하여 기전력이 발생하는 효과를 활용한 소자이다. 열전대(220)는 열전도가 서로 다른 두 종류의 금속으로 구성된 제1금속체(222) 및 제2금속체(224)를 포함한다. 제1금속체(222)와 제2금속체(224)의 배열방향은 서로 교차하도록 형성되고, 열전도가 다른 두 종류의 금속이 교차접촉하는 접점에서 열전류가 생성된다.

제1금속체(222)는 횡방향 또는 종방향으로 길게 등간격을 이루여 복수로 형성되고, 제2금속체(224)는 제1금속체(222)와 교차하도록 종방향 또는 횡방향으로 배치되고 등간격을 이루며 복수로 형성된다. 제1금속체(222)와 제2금속체(224) 중 하나의 금속체는 열전도가 우수하여 열전도도가 높은 금속체로 형성함에 따라 높은 온도로 발열하게 되고, 제1금속체(222)와 제2금속체(224) 중 하나의 금속체는 열전도가 낮은 절연금속체로 형성하여 낮은 온도로 발열하도록 구성한다. 그에 따라, 서로 다른 발열온도의 온도차로 인해 전압이 발생되어 전류가 흐르게 된다.

제1금속체(222) 및 제2금속체(224)는 각각 높은 전위가 생성되는 양전극과 낮은 전위를 생성하는 음전극 중 하나의 전극을 생성하되, 서로 다른 전극을 생성하도록 이루어진다. 즉, 제1금속체(222) 및 제2금속체(224) 중 열전도가 우수한 금속체에는 전하가 갖는 위치에너지인 전위가 높게 생성되어 양전극을 이루고, 열전도가 낮은 금속체에는 전위가 낮게 생성됨에 따라 음전극을 형성하게 된다. 제1금속체(222) 및 제2금속체(224)의 재료는 백금-로듐, 백금로듐-백금, 크로멜-알로멜, 크로멜-콘스탄탄, 철-콘스탄탄, 동-콘스탄탄의 합금재료 중에서 선택된 1종의 합금재료를 사용한다.

본 발명의 실시예에 따라, 제1금속체(222) 및 제2금속체(224)를 이루는 합금이 백금-로듐으로 구성되되, 이 중에서 열전도가 높은 금속체의 합금을 백금 70%와 로듐 30%의 비율로 형성하여 높은 온도로 발열하고, 열전도가 낮은 금속체의 합금은 백금 94%와 로듐 6%의 비율로 형성하여 높은 온도로 발열한다.

덧붙여, 제1금속체(222)와 제2금속체(224)를 크로멜과 알로멜의 두 금속체의 종류를 서로 다르게 적용한 것으로서, 높은 열전도를 갖는 금속체는 니켈과 크롬을 주로한 합금(니켈 90%, 크롬 10%)으로 형성되고, 낮은 열전도를 갖는 금속체는 니켈을 주로한 합금(니켈 94%, 알루미늄 3%, 안티몬 1%, 망간 2%)로 형성하여 열전류가 발생하게 된다.

열전대의 제1금속체(222) 및 제2금속체(224)는 구성합금재료의 합금비율 및 금속종류를 다른 유형으로 선택하여 열전류를 생성하는 것 외에도 금속선의 지름, 상용한도, 과열사용한도, 전기저항이 다른 유형으로 선택하여 열전류를 생성하도록 이루어진다.

전원공급단자(230)는 전도성의 금속재질인 구리, 은, 알루미늄과 같은 재료가 사용된다. 전원공급단자(230)는 열전대(220)에서 생성된 열전류를 양극단자(232)와 음극단자(234)로 나뉘어 형성된다. 양극단자(232)는 높은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되어 양전하가 전달되고, 음극단자(234)는 낮은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되어 음전하가 전달됨으로써 전기를 발생시킨다.

상기 전원공급단자(230)는 상기 열전대에서 생성된 전류를 모아 상기 열전소자부의 전원공급부로 공급하므로 배터리수명을 연장시키며, 방열판의 발열을 최소화할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 열전소자부 20 : 상변환물질부
30 : 공기층 110 : 전원공급부
120 : 센서부 130 : 제어부
200 : 폐열회수부 210 : 방열판
220 : 열전대 230 : 전원공급단자

Claims

의복 외면에 부착되어 발열 또는 냉각되는 열전소자부와; 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 전달받도록 상기 열전소자부와 마주보도록 의복 내면에 부착되는 상변환물질을 포함하는 상변환물질부와; 상기 의복 외면과 내면 사이에 형성되고 공기대류에 의하여 상기 열전소자부의 발열 또는 냉각 온도를 상기 상변환물질부로 전달하는 의복중간공기층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항에 있어서,
상기 열전소자부는 상기 의복 외면에 패치형 또는 밴드형으로 부착되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항에 있어서,
상기 상변환물질부는 상변화물질이 박막 내부에 충전 내장되는 박막형태로 의복 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항에 있어서
상기 의복중간공기층은 3D 구조를 가진 오픈셀 형태의 패브릭층으로서 공기층을 유지하면서 탄성을 유지하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항에 있어서,
상기 의복중간공기층 일단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 높아 팽창될 경우 공기를 자연 배출하도록 형성된 내부역류방지 체크밸브가 형성되고, 타단에는 의복중간공기층의 공기의 온도가 낮아 수축될 경우 공기를 자연 흡입하도록 형성된 외부역류방지 체크밸브가 형성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항에 있어서,
상기 열전소자부에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부와; 의복 내피면에 부착되어 온도를 감지하는 센서부와; 상기 센서부에서 감지된 온도를 수신하여 필요한 발열량 또는 냉각량을 계산하고 전원공급부의 전원 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항에 있어서,
상기 열전소자부의 열을 회수하여 상기 전원공급부에 전력을 공급하는 폐열 회수부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제7항에 있어서,
상기 폐열회수부는 상기 열전소자부에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 열전소자부 외면에 접하도록 형성된 방열판과; 상기 방열판으로부터 발생되는 열을 전류로 전환하는 열전대와; 상기 열전대에서 생성된 전류를 회수하는 전원공급단자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제8항에 있어서,
상기 열전대는 상기 방열판 평면상에 횡방향으로 복수로 등간격 배치되는 제1금속체와; 상기 제1금속체와 열전도가 다르며 상기 제1금속체와 종방향으로 교차하여 복수로 등간격 배치되는 제2금속체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제8항에 있어서,
상기 전원공급단자는 상기 열전대에서 생성된 전류를 모아 상기 열전소자부의 전원공급부로 공급하되 상기 제1금속체와 상기 제2금속체 중에서 높은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되는 양극단자와; 상기 제1금속체와 상기 제2금속체 중에서 낮은 열전류를 생성하는 금속체와 연결되는 음극단자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 개인용 의복 미기후 냉난방 장치
제1항 내지 제10항중 어느 한항에 따른 개인용 의복 미기후 냉난방 장치가 장착된 의복